自学考试《机械制造装备设计》题集.docx
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自学考试《机械制造装备设计》题集
《机械制造装备设计》模拟试题1
参考答案
一、选择（10分，每小题1分）
1•采用“少品种、大批量”的做法，强调的是“规模效益”，这种制造模式被称为
［A］。
A.“传统模式”B.“精益生产”
C.“敏捷制造”D.“精益一敏捷一柔性”
2•利用工具电极与工件之间的放电现象从工件上去除微粒材料达到加工要求的机床，称为
［C］。
A.电火花线切割机床B.电解加工机床
C.电火花加工机床D.电子束加工机床
3•利用一套标准元件和通用部件按加工要求组装而成的夹具，称为［A］。
A.组合夹具B.专用夹具
C.成组夹具D.随行夹具
4•使用要求相同的零部件按照现行的各种标准和规范进行设计和制造，称为
［C］。
A.产品系列化B.结构典型化
C.标准化D.零部件通用化
5.机床传动系统各末端执行件之间的运动协调性和均匀性精度，称为［C］。
A.几何精度B.运动精度
C.传动精度D.定位精度
6.要求导轨导向性好，导轨面磨损时，动导轨会自动下沉，自动补偿磨损量，应选［B］。
A.矩形导轨B.三角形导轨
C.燕尾形导轨D.圆柱形导轨
求坐标型机器人直角坐标型机器人
7•—个运动功能式为O/XYZ/M的四自由度搬运机器人是［D］。
B.
10.机床主运动空转时由于传动件摩擦、称为［C］。
A.切削功率B.
C.空载功率D.
A.关节型机器人
&一个料斗同时向几台机床供料时，通常使用
[D
］。
A•上料器
B.
隔料器
C.减速器
D.
分路器
9.磨床进给量的单位为
[C]。
A.毫米/每转
B.
毫米/冲程
C.毫米/分钟
D.
转/分钟
C.圆柱坐标型机器人
D.
搅油、空气阻力等原因使电动机消耗的一部分功率,
机械摩擦损耗功率
额定功率
二、填空（20分，每小题1分）
1.20世纪末，世界已进入知识经济时代。
2•加工后零件对理想尺寸、形状和位置的符合程度，称谓加工精度
4•进行产品的系列设计通常从基型产品开始。
5.机床抗振能力是指机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能力。
6.快速运动电动机起动时消耗的功率最大。
7.影响机械制造装备加工精度的因素很多，与机械制造装备本身有关的因素有几何精度、
传动精度、运动精度、定位精度和低速运动平稳性等。
&正常人人耳能够听到的最小声压称为听阈，其值等于—2X10-5
9.国产的GGB型直线滚动导轨副由制造厂用选配预紧。
10.导轨间隙常用压板、
11.主轴的旋转精度是指装配后，在无载荷、的主轴部位的径向和端面圆跳动。
12.在自动换刀装置中，蜗杆、蜗轮传动采用
13.在数控机床进给系统中，齿轮传动间隙的消除有刚性调整法和类方法。
14.用垫片式调整滚珠丝杠螺母副的间隙时，通过改变_之间的轴向距离，实现轴向间隙消除和预紧。
15.导轨的卸荷方式有一机械卸荷、液压卸荷和气压卸荷。
16.在机器人关节坐标轴轴线位置的选取中，对于回转关节，取的轴线重合。
基型
起动
Pa。
不同直径钢球的办法确定间隙或
镶条来调整。
低速转动条件下，在安装工件或刀具
单头双导程
垫片的厚薄
.蜗杆消除啮合间隙。
柔性调整法两
来改变两螺母
与i关节
合写在一起表示。
17•齐次坐标变换矩阵［°T1］是将［0P1］和_［OR］
18.在末端执行器上所夹持工件的角速度3是所有回转关节的—角速度R_的矢量和。
19.升降台铳床的主参数是工作台工作面的宽度，主要性能指标是工作台工作面的长
度。
20.各种类型机床对温升都有一定限制，如精密机床，连续运转条件下允许温升为15~20C。
三、问答（15分，每小题3分）
1.试述确定标准公比的原则？
答：
因为转速由nmin至nmax必须递增，所以公比应大于1；（1分）
为了限制转速损失的最大值Amax不大于50%则相应的公比不得大于2，故12；（1
分）
为了使用记忆方便，转速数列中转速呈10倍比关系，故应在划10（E1为正整数）
中取数；如采用多速电动机驱动，通常电动机为（3000/1500）r/min或（3000/1500/750）
r/min，故也应在％2（E2为正整数）中取数。
（1分）
2.试确定机床的最高转速nmax和最低nmin转速？
答：
按照典型工序的切削速度和刀具（工件）直径，可由下式算出机床的最高转速nmax和
最低nmin转速:
nmax
lOOOVmax
dmin
r/min
（1分）
nmin
1000Vminr/min
dmax
（1分）
式中Vmax、Vmin可根据切削用量手册、现有机床使用情况调查或切削试验确定。
dmax、dmin
不是机床上可能加工的最大最小直径，而是指实际使用情况下，采用
Vmax、Vmin时常用的
经济加工直径。
（1分）
3•对于普通机床，如何确定常用的经济加工直径dmax、dmin?
答：
对于普通机床dmaxKD（1分）
dmin
Rddmax（1分）
式中：
D为机床能安装的最大工件直径，卧式车床:
K0.5，摇臂钻床：
K1.0,
R,0.2~0.25（1分）
4•在机床分级主轴变速箱设计中，如何选用公比？
答:
（1）对于通用机床，辅助时间和准备结束时间长，机动时间在加工周期中占的比重不是很大，转速损失不会引起加工周期过多的延长，为了机床变速箱结构不过于复杂，一般取
1.26或1.41等较大的公比；（1分）
（2）对于大批大；大批大量生产的专用机床、专门化机床及自动机，情况却相反，通常取
1.12或1.26等较小的公比；（1分）
（3）对于非自动化小型机床，加工周期内切削时间远小于辅助时间，转速损失大些影响不
大，常采用1.58、1.78甚至2等更大的公比，以简化机床结构。
（1分）
5•在设计机床传动系统时，如何限制齿轮的最大传动比umax和最小传动比umin及各传动组
的最大变速范围Rmax?
答：
（1）设计机床主传动系统时，为避免从动齿轮尺寸过大而增加箱体的径向尺寸，一般限
制直齿圆柱齿轮的最小传动比u主min1/4，为避免扩大传动误差，减少振动噪声，一般限
制直齿圆柱齿轮的最大升速比u主max2。
斜齿圆柱齿轮传动较平稳，可取u主max2.5。
（1分）
（2）各传动组的最大变速范围为R主maxu主max/u主min（2~2.5）/0.258~10（1分）
（3）设计机床进给传动系统时，由于转速通常较低，传动功率小，零件尺寸也较小，上述
14（1分）
限制可放宽为u进max2.8,u进min1/5，最大变速范围为R进max
四、分析推导（12分，每小题3分）
1•试述图1所示谐波减速器工作原理，求出当
波发生器主动，刚轮固定，柔轮从动时的传动
比Ihr?
（4分）
答：
（1）柔轮在波发生器作用下变成椭圆，使其长轴两端的齿与刚轮完全啮合，短轴完全脱开，其余的齿视回转方向的不同分别处于“啮入”、“啮处”状态，由于柔轮比刚轮少两个齿，当波发生器连续回转时，啮入啮出区将随着椭圆长短轴的相位的变化而依次变化，于是柔轮就相对于不动的刚轮沿波发生器转向相反的方
向作低速回转。
（2分）
（2）nGnH
Zr
nR“h
Zg
则传动比为:
.G
1HR
nR
Zr
ZgZr
（2分）
2•试述采用齿差式调整滚珠丝杠间隙的方法，求出
两螺母相对轴向位移S0?
（4分）
答：
（1）左右螺母法兰盘外圆上制有外齿轮，齿数常相差1。
这两个外齿轮又与固定在螺母体两侧的两个齿数相同的内齿圈相啮合。
调整方法是两个螺母相对其啮合的内齿圈同向都转一个齿。
则两个螺母
相对轴向位移为：
s0k（丄丄）L邑生泌
Z1Z2Z1Z2
（2分）
1體杆/—左甥母电一右揉瞬
5—盲忻阚杵齿・7支隔
（2）当两齿轮齿数相差1，并同时转过1个齿：
则s0
L
Z1Z2
式中：
L滚珠丝杠导
当刚轮固定时，nG0
程；k——同时转过的齿数（2分）
3•试证明三联滑移齿轮的最大和次大齿轮之间的齿数差应大于或等于4。
（4分）
1'1*1'*
答：
am（z1z1）m（z22h；）m（乙2h；）（2分）
因为ha1
因此Z1Z24（2分）
I
Z3
Z2
-
—
■
=
a
TT.
乙'
Zi
Z3'Z2'
图3三联滑移齿轮
所以（ziZi）（Z22）（zi2）
五、转速图设计（13分）
某数控车床，主轴最高转速nmax4000r/min，最低转速nmin40r/min。
采用直流
调速电动机，电动机功率N电15kW，电动机额定转速nd1500r/min，最高转速
ndmax4500r/min。
试设计分级变速箱传动系统（要求无功率缺口）。
（13分）
（1）确定主轴计算转速。
（2分）
（2）确定变速级数z和公比f。
（4分）
（3）确定主电动机最低转速。
（2分）
ndmin150040376.79r/min（2分）
nj159.24
（4）画出转速图和功率特性图。
（5分）
0.3
0.3
答：
（1
）nj
-nmax
4000
an
159.24r/min（2分）
□min
40
nmin
40
⑵
RnN
nmax4000
25.12；
ndmax4500c
nj159.24
I^N3
nd1500
z1
RnN
25.12
（2分）
f
8.37（
RdN
3
当z
2时，
f8.37&N
有功率“缺口”
;
当z
3时，
f2.89RdN
无功率“缺口”
，但降速比
1500
9.42，如果带轮部分降
159.24
速比为
2，仍有降速比4.71>4不可选用；
当z
4时，
f2.03RdN
无功率“缺口”
，可选用。
（2分）
nj
nmin
nd
ndmin
2）分配降速比37679
401
377
2.03
1
1
1
1
3.17
0.17
1
2
3）验算最后变速组变速范围:
4）绘制转速图（5分）
x（p1）2.032（21）4.1合格
电Iu山
某数控车床主传动系统
六、机器人设计计算（10分）试求三自由度机器人运动功能矩阵分）
[To,m]（10
c1
图3.关节机器人
答:
[T°,m][0Ti][Ti『T2][T2][2T3][T3][3Tm]
[To,m]
S1
C1S2
C1C2
C1C2c3
Z3
a2
G
S1S2
S1C2
S1C2C3
Z3
a2
0
C2
S2
S2C3Z3
a2
C1C0（3分）
0
0
0
1
七、手腕（10分）
图示为三自由度的机械传动手腕的机构简图，试
求当S、B轴不转，T轴以nT转动时，由行星轮2和14自传运动诱导出附加的手抓的回转运动n7和手腕俯仰运动n9。
（10分）
答：
（1）当S、B轴不转，T轴旋转时，齿轮Z2、
Z14为行星齿轮，壳体10成为行星架，齿轮Z2、
Z3、Z13、Z14连同壳体10构成两行星轮系，则
行星轮Z2自传运动诱导出附加的手抓的回转运
11\213（4J516
圉！
二自由也札域恃功衣載
J3JIJS恂
动n7:
门2“T
n3nT
Z3
Z2
n30n2
Z3Z2
乙
nT，
1
00
0
C1
0
01
0
0
0
C2
S2
0
0
0
10
0
S1
C1
0
00
C1
S1
0
S2
C2
0
0
0
01
C0
0
0
1
00
S1
C1
G
0
0
1
0
0
00
1
0
0
0
10
0
0
1
0
0
0
1
C2
0
S2
a2
1
0
0
0
10
00
0
1
0
0
0
1
0
0
01
00
S2
0
C2
0
0
0
1
Z3
00
1C3
0
0
0
1
0
0
0
1
00
01
式中：
90
C1
cos1
，C2
cos
2，S1
sin
1，
S2
sin
2（7分）
n2产生诱导运动n7:
n7心叫；（5分）
Z7Z5Z2
ni4“t
ni3nT
Z13
Z14
ni30ni4
Z13Z14
Z14
nT,
''Z12（Z13Z14）
ng产生诱导运动％:
压一二一“t（5分）Z11Z14
八、抓手（10分）
求滑槽杠杆式回转型夹持器中，夹紧力Fn和驱动力Fp之间的关
系式，并讨论该夹持器的特性。
（10分）
答：
（1）受力分析如图所示（3分）
（2）推导计算2Fpcos
Fp；Fp
2cos
ER；iRWIfTff
i1HiMR怕Fp
acos
F“b；
Fn
FpabcosFpa2bcos2
（5分）
（3）讨论该夹持器的特性：
在驱动力
Fp一定时，增大，则
夹紧力Fn将增大，但这将加大杆2（活塞杆）的行程和滑槽的
长度。
导致结构尺寸加大。
（2分）
《机械制造装备设计》模拟试题2
参考答案
，以最优的质量和最低成本的产品提供给市场，这［B］。
B.“精益生产”
D.“并行工程”
一、选择（10分，每小题1分）
1•采用“消灭一切浪费”和“不断完善”种制造模式被称为
A.“传统模式”
C.“敏捷制造”
2.借助模具对板料施加外力，迫使材料按模具形状、尺寸进行剪裁和塑性变形，得到要求
的金属板制件的设备，称为［B
A.挤压机B.冲压机
C.轧制机D.锻造机
3.一组功能、工作原理和结构相同，而尺寸和性能参数不同的产品，称为
纵系列产品B•横系列产品
跨系列产品D.基型产品
机床定位部件运动达到规定位置的精度，称为［D］。
几何精度B.运动精度
A.
C.
4.
A.
C.传动精度D.定位精度
5.为了降低导轨面的压力，减少摩差阻力，提高导轨的耐磨性和低速运动的平稳性，应选
［B
A.滑动导轨B.卸荷导轨
C.滚动导轨D.动压导轨
6.一个四自由度圆柱坐标型搬运机器人，其运动功能式为［C
A.0/
B.0/12Z3/M
C.0/
iZX2/MD.0/XYZ/M
7.在
A.电磁引导
C•光学引导
AGV的导向系统中装有陀螺仪，该导航方式称为［B］。
B.惯性导航
D.激光导航
&适应中等转速和切削负载较大，要求刚度高的机床主轴轴承配置形式应选择
A.速度型B.刚度型
C•速度刚度型D.抗振型
9.铳床进给量的单位为［C］。
A.毫米/每转B.毫米/冲程
C.毫米/分钟D.转/分钟
10•要求导轨可以承受较大的颠覆力矩，高度较小，结构紧凑，间隙调整方便，应选
［C
A.矩形导轨
C.燕尾形导轨
二、填空（20分，每小题1分）
1•当前提高制造生产能力的决定因素不再是劳动力和
B.三角形导轨
D.圆柱形导轨
资本
的密集积累。
2.机械制造装备的精密化成为普遍的发展趋势，从微米级发展到亚微米级，乃至_____纳米
级。
3.升降台铳床的主参数是工作台工作面的宽度。
4.任何一个表面都可以看成一条曲线（或直线）沿着另一条曲线（或直线）运动的轨迹。
这两条曲线（或直线）称为该表面的发生线。
5.把听阈作为基准声压，用相对量的对数值表示，称之为声压级Lp（dB）,其表达式为
Lp=20lg（pIpo）。
6.机床抗振性是指机床在交变载荷作用下，抵抗变形的能力。
7.当运动部件低速运动时，主动件匀速运动，被动件往往出现明显的速度不均匀的跳跃式
运动，即时走时停或者时块时慢的现象。
这种现象称为爬行。
&设计机床主传动系统时，为避免从动齿轮尺寸过大，一般限制直齿圆柱齿轮的最小传动
比U主min1I4，为避免扩大传动误差，限制最大传动比U主max2。
9.滚动轴承的预紧力分为三级，轻预紧适用于高速主轴，中预紧适用于中、低速主轴，__重—预紧适用于分度主轴。
10.角接触球轴承及圆锥滚子轴承有泵油效应，润滑油必须由小口进入。
11.工作空间是指工业机器人正常运行时，手腕参考点能在空间活动的最大范
围。
12.额定负载是指在机器人规定的性能范围内，___机械接口—处所能承受负载的允许值。
13.在末端执行器上的参考点P相对于基座坐标系的速度，可通过相应位置—变量对时间的微分而得到。
14.机床主参数是代表机床规格大小及反映机床最大工作能力的一种参数。
15.系列化设计应遵循“产品系列化、零部件—通用化—、标准化”原则，简称“三化”原则。
16.主轴组件的精度保持性是指长期保持其原始制造精度—的能力。
17.卸荷系数ah表示导轨—卸荷量___的大小，由hFn/Fw式确定。
18.机器人的机械结构类型特征，用它的结构坐标形式和—自由度数表示。
19.工业机器人额定速度是指工业机器人在额定负载、匀速运动过程中，机械接口中心的
最大速度。
20.各种类型机床对温升都有一定限制，如普通机床，连续运转条件下允许温升为
30~40C_。
三、问答（15分，每小题3分）
1.试述机床的基本参数包括哪些内容？
答：
（1）尺寸参数：
指机床主要结构尺寸参数，通常包括与被加工零件有关的尺寸；标准化
工具或夹具安装面尺寸。
（1分）
（2）运动参数：
机床执行件如主轴、工件安装部件（工作台）的运动速度。
（1分）
（3）动力参数：
包括机床驱动的各种电动机的功率或转矩。
（1分）
2.非接触式刀具识别装置有何特点？
常用哪两种识别法？
答：
1非接触式刀具识别装置没有机械直接接触，因而无磨损、无噪声、寿命长、反应速度
快，适用于高速、换刀频繁的工作场合。
（2分）
2常用的种识别方法为：
磁性识别法和光电识别法。
（1分）
3.试述SK型悬挂式链条与HP型套筒式链条组成刀库的形式有何不同？
答：
（1）SK型悬挂式链条组成的刀库，只能是“外转型”，故当刀库为方形时，就不能充
分利用中间空间；（1分）
（2）HP型套筒式链条组成的刀库，再刀套“内转”时，不发生刀套之间的干涉；（1分）
（3）故刀库空间利用率比悬挂式高（1分）
4•主轴变速箱设计中，为什么要遵循“前多后少”的原则？
（3分）
答：
（1）主变速传动系统从电动机到主轴，通常为降速传动。
接近电动机传动件转速较高，
N
根据公式M9550可知，传动的转矩M较小，尺寸小些；（1分）
n
（2）反之，靠近主轴的传动件转速较低，传递的转矩较大，尺寸较大。
（1分）
（3）因此，在拟定主变速系统时，尽可能将传动副较多的变速组安排在前面，将传动副较
少的变速组安排在后面，使主变速传动系统中更多的传动件在高速范围内工作，尺寸小些，以便节省变速箱的造价，减少变速箱的外形尺寸。
（1分）
5.机床主传动系统设计中，扩大变速范围的方法有哪些？
（3分）
答：
（1）增加变速组；是扩大变速范围最简单的方法，但增加的变速组的级比指数不得不小于理论值，导致部分转速重复。
（2）采用背轮机构高速直连传动时，应使背轮脱开，以减少空载功率损失、噪声和发热及避免超速现象。
（3）采用双公比的传动系统
（4）采用分支传动注：
答对3个即满分四、分析推导（12分，每小题4分）
刖1臧竹创I；帘V」軸腹馭理期岛
1.试述主轴液体静压滑动轴承的工作原理。
（4分）
答：
（1）当有外载荷F向下作用时，轴径失去平衡，沿载荷方向偏移一个微小位移e。
油腔3间隙减小，
即h3he间隙液阻增大，流量减小，节流器T3的
压力降减少，因供油压力ps是定值，故油腔压力P3随
着增大；（2分）
（2）同理，上油腔1间隙增大，即h1he
间隙液阻减小，流量增大，节流器T3的压力降增大，
油腔压力p1随着减小；（1分）
（3）两者的压力差pp3p1，将主轴
推回中心以平衡外载荷F。
（1分）
2.杆件动坐标系Oj相对于参考坐标系Oi先绕乙轴转90°再绕Xj轴转90°然后平
移。
求齐次变换矩阵『Tj］。
（4分）
yj
/
oj
i
Xj
-3
5
4
1
/oi屮
Zxi
图1.坐标系oj相对于参考坐标系Oi绕坐标轴的旋转与平移
1
0
0
4
0
1
0
0
1
0
0
0
0
1
0
4
检i0
1
0
3
1
0
0
0
0
0
1
0
1
0
0
3
答：
1[iTj]
j0
0
1
5
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
0
5
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
1
3•根据结构式Z=2aX32X26分析，
（1）该传动系统有何特点？
（1分）
（2）可以采用的最大公比是多少？
（1分）
（3）如采用双速电机时，公比应为多少？
（2分）
答：
（1）无基本组，双公比，上下各空一级转速。
（1分）
（2）r3X3（P31）6（21）8，1.41（1分）
（3）r电
x（P1）
3（21）2
1.26（2分）
五、转速图设计（13分）
设计一台12级转速的车床主传动系统，主轴最高转速为速为1500/750r/min的双速电机。
（13分）
（1）•写出结构式（2分）
（2）•求出公比
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